Neu­er Arti­kel zu Quan­ten­te­le­por­ta­ti­on erschie­nen

Quan­ten­netz­wer­ke haben in den ver­gan­ge­nen Jah­ren in der For­schung zuneh­mend an Bedeu­tung gewon­nen. Sie gel­ten als Grund­la­ge künf­ti­ger siche­rer Kom­mu­ni­ka­ti­ons­sys­te­me und könn­ten lang­fris­tig auch die Ver­net­zung von Quan­ten­com­pu­tern oder ein Quan­ten­in­ter­net ermög­li­chen. Eine zen­tra­le Rol­le dabei spielt die Quan­ten­te­le­por­ta­ti­on als grund­le­gen­des Prin­zip der Quan­ten­kom­mu­ni­ka­ti­on. Sie ermög­licht es, den Quan­ten­zu­stand eines Pho­tons auf ein ande­res Pho­ton zu über­tra­gen, ohne die zugrun­de lie­gen­de Infor­ma­ti­on direkt zu mes­sen. Auf die­se Wei­se kön­nen gro­ße Distan­zen über­brückt und Ver­lus­te auf dem Über­tra­gungs­weg ver­mie­den wer­den. Vor die­sem Hin­ter­grund haben For­schen­de aus dem QR.N‑Verbund an den Stand­or­ten Stutt­gart, Saar­brü­cken und Dres­den einen wich­ti­gen Fort­schritt bei halb­lei­ter­ba­sier­ten Quan­ten­licht­quel­len erzielt, der im ver­gan­ge­nen Jahr in Natu­re Com­mu­ni­ca­ti­ons ver­öf­fent­licht wur­de. Die­se Arbei­ten griff nun auch das Fach­ma­ga­zin Phy­sik in unse­rer Zeit in sei­ner aktu­el­len Aus­ga­be in einem Bericht auf (Mai 2026).

Im Expe­ri­ment gelang es den For­schen­den rund um Prof. Dr. Peter Mich­ler von der Uni­ver­si­tät Stutt­gart erst­mals, Quan­ten­zu­stän­de von Pho­to­nen aus ver­schie­de­nen Halb­lei­ter­licht­quel­len zu tele­por­tie­ren – ein wich­ti­ger Schritt in Rich­tung zukünf­ti­ger Quan­ten­re­pea­ter. Die­se basie­ren unter ande­rem auf der Über­tra­gung pho­to­ni­scher Quan­ten­zu­stän­de. Zum Ein­satz kamen dabei epi­tak­tisch gewach­se­ne Halb­lei­ter-Quan­ten­punk­te als Quan­ten­emit­ter. Die­se nano­ska­li­gen Struk­tu­ren wer­den seit vie­len Jah­ren erforscht und eig­nen sich zur Erzeu­gung ein­zel­ner Pho­to­nen sowie ver­schränk­ter Pho­to­nen­paa­re und bil­den damit eine zen­tra­le Grund­la­ge für Expe­ri­men­te zur Quan­ten­te­le­por­ta­ti­on. 

Für das Expe­ri­ment stell­te die Arbeits­grup­pe von Dr. Cas­par Hopf­mann am Leib­niz-Insti­tut für Fest­kör­per- und Werk­stoff­for­schung (IFW) Dres­den spe­zi­el­le Halb­lei­ter­struk­tu­ren her. Dabei wur­den zwei sepa­ra­te Quan­ten­punk­te auf unter­schied­li­chen Pro­ben genutzt, um die benö­tig­ten Pho­to­nen zu erzeu­gen. Eine zen­tra­le Her­aus­for­de­rung bestand dar­in, die Eigen­schaf­ten der Pho­to­nen prä­zi­se auf­ein­an­der abzu­stim­men. Hier­für kamen Quan­ten­fre­quenz­kon­ver­ter zum Ein­satz, die an der Uni­ver­si­tät des Saar­lan­des (UdS) in der Arbeits­grup­pe von Prof. Dr. Chris­toph Becher ent­wi­ckelt wur­den. Sie ermög­li­chen es, gerings­te Unter­schie­de in der Wel­len­län­ge der Pho­to­nen aus­zu­glei­chen und die­se gezielt an bestehen­de Glas­fa­ser­stan­dards anzu­pas­sen. Dadurch wird das Expe­ri­ment kom­pa­ti­bel mit bereits vor­han­de­ner Glas­fa­ser­in­fra­struk­tur.

Das Ergeb­nis des Expe­ri­ments stellt einen wich­ti­gen Mei­len­stein für die Über­tra­gung von Quan­ten­zu­stän­den und die Ent­wick­lung künf­ti­ger Quan­ten­re­pea­ter dar. Wäh­rend Quan­ten­te­le­por­ta­ti­on bereits mit ande­ren Sys­te­men demons­triert wur­de, bie­tet die Quan­ten­punkt­platt­form den Vor­teil einer naht­lo­sen Inte­gra­ti­on in bestehen­de Halb­lei­ter­tech­no­lo­gien. Als zuver­läs­si­ge Ein­zel­pho­to­nen­quel­le eröff­net sie zudem per­spek­ti­visch zusätz­li­che Mög­lich­kei­ten für siche­re Quan­ten­kom­mu­ni­ka­ti­on.

Quel­len­nach­weis: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/piuz.70067